大体积混凝土监理的难点及质量控制措施

2024-06-09王幸好鄂尔多斯市国能神东监理有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000

中国房地产业 2024年15期

关键词：水化骨料监理

文／王幸好鄂尔多斯市国能神东监理有限责任公司内蒙古鄂尔多斯 017000

1.大体积混凝土的结构特点

按照GB50496-2018《大体积混凝土施工规范》定义，大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1 米的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。

大体积混凝土具有结构体积大、承受荷载大、水泥水化热大、内部受力相对复杂等特点。在施工中结构整体性要求高，一般要求整体浇筑，不留施工缝，并做好后期养护[1]。

2.大体积混凝土的常见质量问题

大体积混凝土常见的质量问题就是混凝土结构产生裂缝，裂缝主要分为以下三种类型：

一是表面裂缝。由于结构体积大，水化热聚集在内部，混凝土内部温度较高，而表面温度较低，导致内外温差大，因而在表面层易出现裂缝。

二是贯穿性裂缝，由于结构温差较大，拉应力超过了混凝土的极限抗拉强度，因此在约束接触处产生贯穿性裂缝。

三是施工冷缝。因为大体积混凝土的混凝土浇筑量大，一般需要分层浇筑。在分层浇筑中，上下两层混凝土遇到特殊原因，例如混凝土供应不足、施工现场停水、停电等特殊情况不能连续浇筑时易出现施工冷缝。

3.大体积混凝土监理的重点与难点

3.1 大体积混凝土监理的重点

混凝土的质量对建筑结构的安全性和性能具有决定性影响。混凝土质量监理的重点具体如下：

（1）原材料监理。原材料的质量决定了混凝土的质量，原材料包括水泥、砂、石子等。监理要确保原材料符合规定的标准和要求。

（2）配合比监理。配合比的准确性对混凝土的性能至关重要。监理要验证混凝土的配合比是否符合设计要求。

（3）浇筑质量监理。在混凝土浇筑过程中，需要控制浇筑质量，控制点包括振捣、坍落度、均匀性等。这有助于确保混凝土的均匀性和紧密性。

（4）强度监理。混凝土的抗压强度是评估其质量的重要指标，进行强度监理可以确保混凝土达到设计要求的强度等级。

（5）收缩和裂缝监理。混凝土在硬化过程中可能会发生收缩和裂缝，这会影响结构的稳定性。监理要及早发现并采取措施防止裂缝扩展。

（6）耐久性监理。混凝土的耐久性对建筑结构的长期使用至关重要。监理要评估混凝土的抗压抗渗、抗冻融、抗化学侵蚀等性能。

（7）非破坏性监理：为了不破坏混凝土结构，可以采用非破坏性监理方法，如超声波检测、雷达法检测等，评估混凝土内部的质量和结构。

3.2 大体积混凝土监理的难点

大体积混凝土监理的难点是控制混凝土结构不产生裂缝，产生裂缝的主要原因之一是水化热。水化热是指物质与水化合时所放出的热。大体积混凝土的横截面厚度通常较大，若发生水化热反应，则会集中在结构内部，而混凝土内部结构的散热效率不佳，会使混凝土的内部温度大大超过外部，从而引起较大的温度应力，使混凝土表面产生裂缝，严重影响混凝土的强度及其他性能。因此水化热高的水泥不得用在大体积混凝土工程中，水化热可在量热器中直接测量，也可通过熔解热间接计算。现场监理人员可以采用一些工程措施减轻水化热，例如选择合适的水泥品种和数量、冷却的粗骨料、埋设循环冷水管、分段分层浇筑、加强养护等。

4.大体积混凝土的质量控制措施

4.1 大体积混凝土原材料的控制

原材料是建设项目质量占比最大的因素，甚至直接决定了工程质量能否合格达标，因此监理人员应严格把控原材料，保证其质量与安全性能都能满足质量控制要求，从根本上改善混凝土的质量，提高工程质量。

混凝土通常由水泥、粗骨料、细骨料、掺合料等材料与水按照一定比例配合而成。大体积混凝土产生温度裂缝的主要原因是水泥水化产生的水化热。由于矿物成分及掺合料数量不同，水泥的水化热差异比较大，因此需要根据工程特点选择合适的水泥。通常铝酸三钙和硅酸三钙含量高的水泥水化热高，而掺合料多的水泥水化热则较低。为降低水泥水化热、减小体积变形，大体积混凝土应尽量选用水化热较低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。

粗骨料宜选用连续级配的碎石，粒径通常在10-30mm 之间，含泥量不应大于1.0%。使用这样的骨料配制出来混凝土具有较好的和易性，混凝土整体更均匀、更密实，并且有较高的强度、良好的抗裂性能。细骨料通常采用中粗砂，施工前必须对砂子的质地、细数模度、级配、含泥量、有害物质含量等进行检测，特别是含泥量和有害物质含量，一般情况下细数模度控制在3.7-1.6 范围内，含泥量控制在3%以内，有害物质含量控制在2%以内。

外加剂、掺合料等可以降低混凝土的水化热，也可以改善混凝土的流动性、粘聚性，提高混凝土的可泵性。大体积混凝土外加剂宜采用缓凝剂、减水剂，掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等；通常混凝土中粉煤灰等矿物质掺合料的含量控制在25%以内。拌合水通常采用可饮用的水。

4.2 大体积混凝土配合比的控制

大体积混凝土配合比的原则是水胶比不宜大于0.55，用水量不宜大于175 千克/立方米；在保证混凝土性能的前提下，尽量减少水泥用量，提高粗骨料和矿物掺合料用量。因此在混凝土配制过程中，需要根据工程实际要求来确定配制比例，并且合理选择原料与掺合料。

水泥对混凝土性能的影响主要在于矿物成分的种类和数量以及水泥的细度，水泥中的硅酸三钙与水反应，产生水化硅酸钙,呈凝胶状。水化硅酸钙凝胶对混凝土中砂石骨料等起胶结作用,并填充其间孔隙。砂石骨料,在混凝土中约占体积的70%～80%，适当增加骨料用量,不仅可以节约水泥,降低混凝土成本,对提高混凝土强度也有利,还可因减小收缩率,降低水化热,增加耐久性等好处。水是满足水泥水化所需要的,普通混凝土常用的水灰比是0.40～0.65。硫酸盐、粉煤灰等外加剂可以赋予混凝土某些特殊性能,满足工程的某种需要，在具体配制过程中需控制操作技术，例如硫酸盐水的温度通常保持在15℃以内，粉煤灰烧失量通常控制在6%以内。不同的配合比例会让混凝土的性能产生巨大差异，因此质量控制人员要根据工程的建设要求确定适合的混凝土配合比，现场施工过程中监理人员要不定期检查配合比是否达到要求。

4.3 大体积混凝土输送

在完成混凝土配制工作后，需要对混凝土的输送进行管理，在输送前需要制定详细的输送方案，包括输送设备的类型和数量，计算混凝土的配合比和凝结时间，确保混凝土能够及时有效运输至施工现场，保证混凝土浇筑的连续性。在运输过程中，搅拌运输车应保持低速旋转，单程运输时间应控制在1 小时内，当运输过程中出现离析或使用外加剂进行调整时，搅拌车应加快搅拌2 分钟以上，禁止向混凝土中加水；在混凝土泵送前，先用适量的水湿润泵车，再用砂浆进行润泵。输送前确保输送管道清洁、通畅，并及时对管道连接处进行加固，避免混凝土在输送泵连接处出现漏液等问题[2]。在输送期间，质量控制人员还需要了解设备及其操作方法，尽可能保证输送的连续性。

4.4 混凝土的浇筑与振捣

混凝土浇筑工作是混凝土施工的关键内容，应结合混凝土结构特性选用浇筑方法。针对大体积的混凝土结构，由于施工时间较长，一般会采用分层浇筑确保混凝土结构的完整性。常见的分层浇筑包括全面分层、分段分层、斜面分层三种。全面分层即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，施工时从短边开始，沿长边顺着一个方向进行分层浇筑，第二层浇筑工作开始之前需要保证第一层混凝土初凝完毕；分段分层浇筑是先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。它是将结构分成多个段，然后对不同段开展浇筑工作，常用于结构厚度不大但是比较长的情况。斜面分层浇筑是从混凝土下端开始浇筑然后逐渐上移，要求斜面坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3 倍的情况。混凝土浇筑过程中监理人员需要旁站监理，及时掌握混凝土内部情况，根据情况变化及时调整浇筑方案。

混凝土浇筑时，还需要进行振捣工作，通过振捣能够排出混凝土内部的空气，提升混凝土的均匀性和密度，提升浇筑的效果和质量。振捣的方式包括机械振捣和人工振捣两种，为了保证振捣的效果，振捣时需要选择合适的振捣设备，如果混凝土的厚度超过30 厘米，应该选择表面振捣器，对于面积较小的混凝土结构，一般使用插入式振捣器，根据需要进行斜向振捣和垂直振捣。振捣时，振捣棒移动间距≤400 毫米，振捣时间15～30 秒，采用“快插慢拔”的方式，插入下层混凝土50 毫米左右，当混凝土表面不再明显下沉、不再出现气泡、表面泛出灰浆为充分振捣。振捣工作应该保证持续性，振捣过程不能出现间歇，同时也要避免振捣时间过长，防止由于振捣过度导致砂浆分离、石子过度下沉，并且应在混凝土初凝之前完成振捣工作。

4.5 混凝土的温度控制

大体积混凝土浇筑后，必须设专人监测结构表面温度与中心温度。监测点应按平面分层布置，一般监测点不宜少于4 处。测温时间不少于14 小时，前7 天每隔4 小时测温一次，后7 天每隔8 小时测温一次。混凝土结构中心温度与表面温度的温差不得超过25 度，测温过程中如果发现温差大于25 度时，要采取有效措施，如覆盖保温等；当温差小于25 度时，可停止测温。如测温结果与标准偏差较大，应继续测温监控。测温过程中宜及时描绘出各点的温度变化曲线和断面的温度分布曲线[3]。

温度控制是避免结构裂缝的一种预防性措施，温度控制措施有：

一是优化混凝土配合比，增加粉煤灰含量，减少水泥用量，降低水化热；选用优质的粗细骨料，严控含泥量；掺入外加剂，延长混凝土凝结时间，改善混凝土的和易性。

二是控制混凝土的浇筑温度和混凝土的出机温度。混凝土的浇筑温度是指混凝土从搅拌机出料后，经过运输、泵送、浇筑、振捣等工序后的温度，通常混凝土的最高浇筑温度应控制在40℃以下。浇筑时间最好安排在低温季节或夜间，若在高温季节施工，尽量缩短混凝土的运输时间、缩短混凝土的暴晒时间、混凝土运输工具采取隔热遮阳措施等。控制出机温度可降低大体积混凝土的总温升和减小结构的内外温差，对出机温度影响最大的是石子和水的温度，砂子次之，水泥的影响最小，因此在施工中可以通过对骨料浇水冷却、采用冷却水等方法降低混凝土的出机温度。

三是控制混凝土的输送，对于泵送混凝土的输送管道，应全程覆盖并洒水，以减少混凝土在泵送过程中吸收太阳热量，最大限度地降低混凝土的温度。

4.6 混凝土养护

混凝土的养护通常采用保温保湿养护。常温下混凝土浇筑完成后12 小时内必须覆盖保温养护，普通混凝土不少于7 天，大体积混凝土不少于28 天。混凝土带模养护期间，应采取带模包裹、浇水、喷淋洒水等措施进行保湿、潮湿养护，保证模板接缝处不致失水干燥。混凝土去除表面覆盖物或拆模后，应对混凝土采用蓄水、浇水或覆盖洒水等措施进行潮湿养护，也可在混凝土表面处于潮湿状态时，采用麻布、草帘等材料将暴露面混凝土覆盖或包裹，再用塑料布或帆布等将麻布、草帘等保湿材料包覆。包覆期间，包覆物应完好无损，彼此搭接完整，内表面应具有凝结水珠。混凝土养护期间应注意采取保温措施，目的主要是为了减少混凝土表面的热扩散，延长散热时间，防止混凝土表面温度受环境因素影响(如曝晒、气温骤降等)而发生剧烈变化，防止产生表面裂缝。

以一个具体工程为例：大柳塔煤矿至开拓准备中心道路二标段（即大石公路二标段），全长8.383 千米，工程内容包括路基、路面、桥梁（中桥1 座、大桥1 座）、桥涵、交通安全设施等。两座预制桥梁分别是刘石畔三元沟桥（长49.88 米×宽11.5 米）、糖浆渠沟桥（长125.68 米×宽11.5 米）。桥梁包括多个承台、系梁、墩柱、盖梁和箱梁，均为大体积结构，施工现场采用的浇筑方式为水平分层、机械振捣、一次浇筑完成。砼采用商品混凝土，使用砼罐车运至施工现场，然后用泵车入模，分层浇筑分层振捣，每层浇筑厚度约为30cm。砼浇筑完毕后，顶面初次抹平，待砼收浆完毕初凝之前，再次进行抹面。砼初凝后用篷布覆盖保湿养护，定期浇水测温观测。

4.7 大体积混凝土施工中的注意事项

（1）做好现场协调、组织管理，确保有充足的人力、物力，保证施工按计划进行。

（2）保证混凝土供应，确保混凝土连续浇筑。

（3）控制混凝土浇筑的交接时间，应控制在初凝前，不应留冷缝。

（4）保证振捣密实，严格控制振捣时间、移动距离和插入深度，严防漏振及过振。

（5）混凝土浇筑后做好养护工作，做好混凝土的保温及保湿工作。

4.8 大体积混凝土缺陷测试

对于大体积混凝土来说，若质量控制过程中存在原料质量不足、质量控制操作不规范等情况都可能导致结构缺陷问题，导致稳定性、耐久性、安全性等参数降低。大体积混凝土缺陷一般表现在结构内部出现空洞、裂缝、夹杂泥沙等。为避免结构缺陷问题，可以采用低频超声检测设备或声带换能器等设备进行缺陷测试，获取混凝土的结构内部信息，并结合检测出的信息进行大体积混凝土分析，根据缺陷的严重程度考虑进行修补或返工处理。